微机调速器系统设计

1、南昌工程学院水轮机调节课程设计说明书 题 目 基于LabVIEW水轮机调速器运行仿真系统的设计 课 程 名 称 水轮机调节 系 院 机械与电气工程学院 专 业 水电站动力设备与管理 班 级 二班 学 生 姓 名 张浩 学 号 2013010530 设 计 地 点 机电楼 指 导 教 师 曾宇露、刘恩喆 设计起止时间2015年12月21日 至2016 年 01月04日 目 录一、需求分析3二、系统总体设计3三、系统详细设计3四、调试与维护9五、结束语10六、参考文献11七、指导教师评阅11 一、需求分析水轮机调速器是水轮发电机组的重要控制设备。其控制品质的优劣直接关系到水轮机调节系统的动态品质。

2、也关系到电力系统的供电质量，而水轮机调速器控制品质的优劣在很大程度上取决于调速器参数的选取是否得当，因此，水轮机调速器的参数整定及优化一直是机组调试及运行人员非常关心的一个问题。 长期以来工程上都是通过进行各种现场试验，在经验公式基础上反复修改来确定参数的，费时费力。安全性和经济性都较差。相比之下，采用计算机在仿真条件下进行参数整定及优化则完全没有这些顾虑。如果首先采用计算机仿真来对调节系统作初步的参数整定寻优，当仿真系统的表现令人满意之后 再做现场试验进行修正那么基本上不会对设备造成损坏，而且试验次数也会大大减少，不失为一条好的参数优化途径。在仿真条件下如何评价调速器控制品质的优劣？如何优化

3、调速器参数？优化得到的结果又是否有价值呢？这就是本文所讨论的问题二、系统总体设计水轮机调速器的基本任务是根据负荷的变化不断的调节水轮机发电机组的有功功率输出，并维持机组转速（频率）规定的范围内，这就需要依靠调速器来进行。调速器系统由调节器和调节对象两部分组成，调节器又分为机械调速器，电气调速器，微机调速器。主要使用的是微机调速器，微机调速器按结构又可以分为中间接力器调速器和辅助接力器型调速器以及调节器型调节器。按照控制策略不同其分为PI（比例+积分）调节型，和PID（比例+积分+微分）调节型以及智能控制型，按照执行结构的数目不同，调速器可分为单调节器型调速器和双调节器型调速器。在此次设计中，我

4、采用的是并联PID调节，调速器型调节器单调节模式。微机调速器系统主要是由PID（PI）调节器+电液随动系统+机组（水轮机，发电机机组）三部分组成的。而我们所研究的主要是微机调速器。由于其PID调节模式不同和输入的数据不同，从而产生了三大调节模式（频率调节模式，开度调节模式，功率调节模式）。1.通过对调速器系统的组成模块进行分析，求出其传递函数，仿真相应的调节模块，并仿真其不同的调节模式下的系统模块。2.在调速器不同的运行状态下（包括停机，空载，发电，调相）与调速器系统的三大调节模式（PM，YM，FM）相对应起来。3.基于LabVIEW上进行模拟仿真，制作出调速器运行的参数界面和程序，以实现停机

5、，空载，发电，调相以及三大调节模式之间的转换。三、系统详细设计1.水轮机调速器的PID调节模块式中，bt为暂态转差系数，0-1.0 Tw为缓冲时间常数，整定范围为:2-20s Td为加速度时间常数，整定范围为:0-2s Kp为比例增益，整定范围为:0.5-20 Ki为积分增益，整定范围为:0.05-10（1/s） Kd为微分增益，整定范围为:0-5（s)两种调节参数表达形式的换算关系为：2.电液随动系统的数学模型：图1 电液随动系统模型（1） 频率给定调节模式：图2调速器模块与电液随动系统模块与机组模块（2） 开度给定调节模式：图3 开度调节模块与电液随动系统模块与机组模块（3） 功率调节模式

6、：图4功率给定调速器调节模块与电液随动系统模块与机组模块虚拟仪器（VI）是基于计算机技术而发展起来的仪器测量技术，是计算机技术和仪器技术密切结合的产物，是将来仪器发展的一个重要方向，计算机和仪器的结合方式方式主要有两种，一种是将计算机装入仪器，比较典型的例子是智能化仪器【13】。因此这类的仪器的功能逐渐强大起来，实现各种仪器功能主要是以通用的计算机软件和操作系统为依托，随着计算机功能的日益强大及体积的缩小，还有一种是将仪器系统装入计算机内，常说的虚拟仪器主要是指这种方式，LabVIEW就是这样子的软件。三大调节模式的利用LabVIEW的来实现。3、三大调节模式的LabVIEW的程序编程3.1频

7、率调节模式（FM）的LabVIEW的程序图图4.7（ FM程序框图）此为频率调节整个模块，输入为频率给定，输出为机组频率。对于其传递函数的编写采用LabVIEW中的公式节点结构输入。对于那些参数是给定的数值，在这里我都将其作为输入显示，以方便在前面板进行参数的修改。图4.8（FM前面板框图）3.2开度调节模式（YM) 的LabVIEW的程序图图4.9（YM程序框图）与前面的频率调节模式编写的方法相同，只是其中的传递函数不同。图4.10（YM前面板框图）3.3功率调节模式（PM) 的LabVIEW的程序图图4.11（PM程序板框图）图4.12( PM前面板框图) （在这里特别的强调，可在上面的三

8、大调节框图中或许有些不完整，没有呈现出输入和输出数值，只有图形框图，因为考虑到，整个程序仿真的整体性，或许三大的调节模式的输入和输出放在一起，这个在后面的程序编程和总页面会体现出来，在这里特别说明）四、调试与维护1.主要技术指标随动系统不准确度ia <0.8%接力器不动时间Tq <0.18s静态特性曲线线性度误差 <5%平均故障间隔时间 50000h转速死区ix 0.02%自动空载三分钟转速摆动相对值 ±0.15%2.主要调节参数整定范围 永态转差系数bp 010%频率给定范围fG 4556HZ频率人工死区f 01.0%功率给定范围PG 0120%比例系数Kp 0.

9、520积分系数KI 0.0510(1/S)微分系数KD 05（S）5、 结束语 通过两星期的LabVIEW课程设计，对LabVIEW的基本操作编程技巧有了进一步的掌握，LabVIEW作为一门新式的以图形化编程的语言，不仅提供了简单易学的编程方法，而且提供了海量的可调用的模块，涉及到各个方面。LABVIEW应用领域广泛我们可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。这些工具包几乎覆盖了所需的所有功能，在这些工具包的基础上设计程序相对于其他编程方法显得容易多了，这也让我对个软件产生了更加浓厚的兴趣。LabVIEW包含多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作

10、。在设计机电设备之前，可以现在计算机上用abVIEW搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。使用LabVIEW进行软件模拟，可以达到同样的效果，使我们获得实践的机会，同是也大大缩短程序开发时间。  通过两个星期的学习，我深刻地体会到LabVIEW的高效，对这种编程语言有很大的兴趣。在课程设计的这样两星期里，我把教材又看了一遍，还在网上查了不少资料，从中学到了大量的技巧。不过在设计过程中也越来越感到，LabVIEW入门很容易，深入做下去，完成一个像样的工程，还得懂得各方面的知识，进一步的学习和掌握。这是一门实践性很强的课程，很多知识是从书上看来的，而且看完之后，自己还觉的不错，

11、觉得自己已经掌握的很好了，但真到实际做东西的时候，就会觉得困难重重，这时再去查书，便有了对知识的更深层次的理解。 六、参考文献【1】沈祖治，水轮机调节(第三版)，水利水电出版社，2008【2】徐仿同，李植鑫，水电站机组控制计算机仿真，水利电力出版社，19940【3】沈祖治，水轮机调节系统分析，水利电力出版社，1991.100【4】张昌期主编，水轮机原理与数学模型，华中理工大学出版社，1988.20【5】水利电力部科学技术司，水轮机调速器最新研究成果选编，1986.5.【6】季盛林刘国柱，水轮机(第二版)，水利电力出版社，.1988.110【7】常兆堂等编著，水轮机调节系统原理试验与故障处理，中国电力出版